JP2004062093A

JP2004062093A - Projection display device

Info

Publication number: JP2004062093A
Application number: JP2002224018A
Authority: JP
Inventors: Jun Koide; 小出　純
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP3762343B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection display device which is improved in a projection screen illuminance. <P>SOLUTION: The projection display device has an electroluminescence (EL) element having a plurality of pixels capable of being individually modulated and projects light radiated from individual modulated pixels in the EL element to an object by a projection lens to display an image. The EL element has modulation pixels arranged two-dimensionally, which form excitons by charge carrier injection to a light emitting layer and generate and radiate light by recoupling of excitons. The light emitting layer has a film configuration based on a configuration of being interposed between one or more charge carrier movement layers for supplying electrons and holes to the light emitting layer, and a light radiation direction control means which is constituted of a two-dimensional arrangement of a micro prism structure having pyramidal pentahedrons as refractive index boundaries is arranged in contact with the light radiation side of the film configuration. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関するものである。特に、画像パターンを発光する素子を投影対象物に拡大投影する表示装置、すなわちプロジェクタ表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクタ型ディスプレイは、通常は液晶パネルやマイクロミラーデバイスを光変調素子としてスイッチングに利用して、光の透過と遮断または偏向を制御して選択された光パターンをスクリーンに投射することで、スクリーン上に映像を表示する。
しかしながら、上述のようなディスプレイにおいて、液晶パネルやマイクロミラーデバイスを光変調素子として用いているため、必ずや遮断状態における光は不用エネルギーとして偏光素子や、光吸収媒質に吸収させて、排除することが前提となっている。また、液晶の場合、光透過率や、各画素の開口効率や偏光制御精度によって不要な照明光が存在せざるおえない点、マイクロミラーデバイスにおいても各画素の開口効率や、斜入射照明による投影レンズの開口数と照明系の開口数において軸対称光学系の瞳を有効使用することが困難といった、根本的な前提に立って成立しているものである。そこで、表示画像を明るくするために、メタルハライドや高圧水銀ランプを光源として用いているが、光源電圧として高電圧を使用しなければならない点や光源が高熱を発生するという問題が別途生ずることとなっている。
【０００３】
このような、エネルギー使用効率の低さを根本的に解決する手段として、特開平１１−６７４４８号公報（株式会社豊田中央研究所）、特開２０００−６６３０１号公報（セイコーエプソン株式会社）にて提案されている。上記２件においては、有機電界発光素子（以下有機ＥＬ素子と表現する）をマトリクス配置した発光パネル（以下有機ＥＬパネルと表現する）として、この発光パネルの各有機ＥＬ素子を映像情報に基づいて駆動発光し、投影光学系によって表示対象物に投影表示することが提案されている。有機ＥＬ素子は、自発光素子であるため、別の照明光源は不要であり、有機ＥＬパネルは、映像情報に応じて発光しているため、透過型の液晶パネルなどは不要であり、従って得られた光を有効に表示に利用することができる。このことによって、不要な光エネルギーを生成することなく、低電力にて高輝度の表示を容易に得ることができ、有機ＥＬパネルのみで、映像を出力できるため、その構成が簡単であり、装置の小型、軽量化を図ることが容易であるといった効果が期待できる。
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ素子を高輝度で連続的に発光させると、輝度の低下が著しい。この原因には様々な要因があり、また様々な対策や研究がなされているが、現段階ではまだ根本的な対策が見つかっていない状況であり、この主原因の一つとして、有機ＥＬ素子を駆動するために供給される電流によって熱が発生し、その熱が蓄積されて素子の温度が上昇し、有機薄膜の構造や特性が変化することによって除除に発光効率が低下していくといった耐久性における問題を抱えている。現状こういった耐久性における問題に対しては、劣化速度を抑える方法で対応しなくてはならない状況にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように有機電界発光素子では、高い輝度が実現できることは可能であるが、現在開発されている有機材料を用いた有機層は、その安定性が不十分であるため、より安定な材料の開発や、構造・駆動方法等の改良などによる耐久性向上が望まれている。しかしながら、投写型表示装置の画像変調光源として用いる場合、電界発光素子を直接あらゆる方向から見えるための視野角特性の広角化は必要無く、電界発光素子からの等方的な放射光の全てが必要ではないため、投影レンズによって捕えられてスクリーン等の拡散性物体に投写する光の量が多いことが必要となるため、投影レンズの瞳によって捕えるられる放射光の比率を高め、不要な放射光の比率を少なくすることは可能である。結果的に有機電界発光素子が放射する光量が少なくてすむような構成をとることで、有機電界発光素子に注入する電荷キャリア量を少なくすることができ、素子の加熱量が減少し、有機薄膜の構造や特性の変化を抑え、発光効率の低下速度が遅くなるようにすることが目的である。
【０００６】
一方、上述の指向性向上のみの目的を達成することができるものとして、特開２０００−２７７２６６号公報（株式会社豊田中央研究所）にて、有機電界発光素子を平面均等照明光源として用いる場合に、光放射の指向性を向上させるために、集光層と称するプリズム層によって、光放射の指向性の広がりを抑制する実施例が開示されているが、有機電界発光素子を画像変調発光源として使用する場合には、画像を構成する画素と、プリズムの相対配置関係が対応していない場合、光放射の指向性が一定方向に揃わないといった問題点、発光層とプリズムの距離が離れると、照明装置としては問題ないが、画像変調発光源装置としては画素間の光クロストークが生じ画像表示が多重像となったり、コントラストが低下する問題が発生する。かつ直視型の画像変調発光源として用いた場合、即ち直視型ディスプレイや、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ等、発光源から直接目に光が入射する系においては、マイクロプリズムによる光放射方向の輝度分布が非連続的になることによる明るさのちらつきが発生し、ぎらぎらとした画像表示となってしまうといった問題点が生ずる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、電界発光素子は発光層への電荷キャリア注入によって励起子を形成し、励起子の再結合によって光生成放射する変調画素が２次元配列されたＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）発光素子であり、発光層は電子とホールを発光層に供給するための一層以上の電荷キャリア移動層によって双方からはさみ込まれた構成を基本とした膜構成であって、膜構成の光放射側にピラミッド形状の５面体を屈折率境界として有するマイクロプリズム構造の２次元配列からなる光放射方向制御手段を接触配置することによって、電界発光素子からの放射光の指向性を向上させ、投影レンズの瞳で捕える光量の比率を高めることができるため、投射型表示装置としての投影像の明るさを向上させることができ、この効果により電界発光素子に発光輝度を過剰に高める必要が少なくなり、電界発光素子の加熱を抑制し、有機薄膜の構造や特性が変化することを抑制して電界発光素子である有機ＥＬ素子の発光効率の低下を抑制して、前記目的を達成するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の投写型表示装置を図面を参照しながら説明する
本発明の投写型表示装置の第１の実施形態を図１に基づき説明する。図１は投写型表示装置を構成する主要な光学系の断面図である。
【０００９】
１は画像情報を光の発光パターン情報として光放射する電界発光素子である。１０は電界発光膜構造を保持するガラス基板である。ガラス基板１０の電界発光膜側には、光放射方向制御手段としてマイクロプリズム構造を２次元配列して構成された光放射方向制御部５が設けられている。画像信号に応じて電気的に電界発光素子１を制御するコントローラ４からの電気信号にもとづき電界発光素子１は光を発光し、この発光された光は、投影レンズ２で捕えられスクリーン３に投写される。スクリーン３はその表面において光拡散特性を有するものであって、拡散反射された光を目で見ることで画像を認識する構成となっている。ここで用いている電界発光素子１の構成については後述する。
【００１０】
次に本発明の投写型表示装置の第２の実施形態を図２に基づき説明する。図２は投写型表示装置を構成する主要な光学系の断面図である。
【００１１】
１Ｒ、１Ｇ、１Ｂはそれぞれレッド、グリーン、ブルーの加法混色の３原色をつかさどる色の光を放射する電界発光素子である。１０は電界発光膜構造を保持するガラス基板である。ガラス基板１０の電界発光膜側には、光放射方向制御手段としてマイクロプリズム構造を２次元配列して構成された光放射方向制御部５が設けられている。それぞれ画像情報を光の発光パターン情報として光放射する複数画素で構成され、画像信号に応じて電気的に電界発光素子を制御するコントローラ４からの電気信号にもとづき各電界発光素子（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）は担当する色の光を発光する。この電界発光素子１から放射された光は合波プリズム６によって色合成されるが、合波プリズム６は、レッド色を反射しグリーン色とブルー色を透過させるレッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜６Ｒとブルー色を反射してグリーン色とレッド色を透過させるブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜６Ｂをクロス状に配したクロスダイクロイックプリズムと一般に呼ばれるものであって、したがってグリーン色においては影響を受けずに透過する特性を有しているものである。この合波プリズム６を用いることによって、レッド色の画像情報発光を担当する電界発光素子１Ｒから放射した光はレッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜６Ｒによって投影レンズ２方向に偏向を受け、ブルー色の画像情報発光を担当する電界発光素子１Ｂから放射した光はブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜６Ｂによって投影レンズ２方向に偏向を受け、グリーン色の画像情報発光を担当する電界発光素子１Ｇから放射した光は偏向作用を受けずに投影レンズ２の方向に進行することとなる。ただし各電界発光素子１Ｒ、１Ｇ、１Ｂにおける複数配された画素は各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整またはメカ的若しくは電気的に補償されることは言及するまでもない。また合波プリズム６は、図示のクロスダイクロイックプリズム以外にビデオ受光色分解光学系によく用いられる３Ｐプリズムによる合波手段を用いてもかまわないものである。次に合波されたカラー色として変調された光は投影レンズ２によって捕えられスクリーン３に投写される。スクリーン３はその表面において光拡散特性を有するものであって、拡散反射された光を目で見ることで画像を認識する構成となっている。またここで用いている電界発光素子１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの構成については後述する。
【００１２】
一方、投写型表示装置として、スクリーン３は反射型であっても透過型であってもよく、かつ所定拡散性を有するものを用いればスクリーン３を直視して画像を認識する表示装置として機能するものである。
次に第１の実施形態にて用いる電界発光素子１の構造について図３を用いて説明する。電界発光素子１の基本的な構造は、図３（ｂ）に示すごとく、投影レンズ２に瞳への指向性を向上させるためのマイクロプリズム２０が片面に埋め込み形成された透明ガラス基板１０を基材として、（マイクロプリズムの詳細構成については後述する）電界発光材料（１１、１２，１３）がＩＴＯ（酸化インジウム錫）透明薄膜電極１４と金属薄膜電極１５に挟持された構造であり、電界発光材料（１１、１２、１３）にホールキャリアを効率的に注入するために、ホール輸送層１６をＩＴＯ透明薄膜電極１４と薄膜電界発光材料層（１１、１２，１３）の間に配するものである。電界発光材料（１１、１２，１３）にＩＴＯ透明薄膜電極１４からホール輸送層１６を介してホールを注入し、金属薄膜電極１５から電子を注入することで電界発光材料（１１、１２，１３）内に注入されたホールと電子が再結合し、発光が起こる。また、投影レンズ２によって、放射した光を捉える比率と、外部光放射の光電変換効率を高めるといった目的の一手段として、ＩＴＯ透明薄膜電極１４の外側に誘電体多層反射ミラー層１７を設け、金属薄膜電極１５の光反射面とによって光共振構造を構成し、誘導放射作用が発生する状態までは到達しなくとも、共振によって光放射方向をガラス基板１０の垂直方向に指向性を持たせるようにしている。以上が基本的な電界発光素子１の構造で、各発光画素は、ＩＴＯ透明薄膜電極１４と、金属薄膜電極１５の配線マトリックス配置によって構成され、発光層には３重項状態励起子による発光である燐光発光材料が発光体として配されている。レッド、グリーン、ブルーといった発光色は電界発光層に配された電界発光材料である燐光発光体は例えばイリジウム錯体の異分子構造体と電荷キャリアを輸送するための誘導体材料によって決定され、各色を担当する電界発光材料は図４の（ａ）に示すごとくレッド光を発光する電界発光材料が１１、グリーン光を発光する電界発光材料が１２、ブルー光を発光する電界発光材料が１３のように配することによって、フルカラーを表現する電界発光素子１を実現するものである。一方、電界発光材料（１１、１２，１３）のパターニングは有機発光材料を蒸着法によって基板にコーティングする方法が一般的で、すなわち、３原色発光画素を配する電界発光素子１を作成するためのには、製法プロセスは多工程となるが、レジストハ゜ターニングによって各色ごとにコート不用部分をマスキングしておきリフトオフ方法によって、順次３原色の電界発光材料（１１、１２、１３）をコーティングしていくことによってパターン配置することができるものである。
【００１３】
第２の実施形態にて用いる電界発光素子１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの構造については図４に示すごとく上記第１の実施形態にて説明してきたものに対して、３原色の電界発光材料（１１、１２、１３）をパターン配置する構造を省いたものであって、レッド色を発光する電界発光素子１Ｒは、レッド色を発光する電界発光材料１１を配したもの、グリーン色を発光する電界発光素子１Ｇは、グリーン色を発光する電界発光材料１２を配したもの、ブルー色を発光する電界発光素子１Ｂは、ブルー色を発光する電界発光材料１３を配したものである。
【００１４】
上記実施形態の電界発光材料（１１、１２、１３）に用いている発光材料にはイリジウム錯体を用い発光波長は錯体構造の錯体基を一部置換した分子や末端原子を置換した分子によってポテンシャルエネルギーギャップを変えたイリジウム錯体の種を用いる、またホール阻止層を兼ねる電子輸送層と電子阻止層を兼ねるホール輸送層とを配したダブルへテロポテンシャル構造を形成して励起子の生成効率を向上させる膜構成を採用することもある。
【００１５】
ここで用いる燐光発光材料は電荷キャリアのパルス注入から発光が開始されピーク発光から半減発光量に減衰するまでの時間は遅くとも１ミリ秒以下のもので、前記イリジウム錯体を用いた燐光発光材料は発光層の膜厚によっても発光遅延減衰時間が変動するものであるが、発光層の膜厚を約３０ｎｍとした場合、半減発光減衰時間は１０マイクロ秒以下で燐光を発光するものである。ここで燐光発光の半減発光減衰時間が１ミリ秒より極端に長く１０ミリ秒を超えるほど発光遅延が生じる燐光発光材料または素子構成を用いると、消光までに数１０ミリ秒の時間を要することとなり視覚認識的に残像として認識されてしまうことで動画表示の場合、動作の尾引き現象が生じてしまうといった問題が生じてしまう。従って、好ましくは燐光発光の半減発光減衰時間は１ミリ秒より短い燐光発光材料または素子構成を取ることが必要となる。
【００１６】
一方、励起３重項状態から発光する燐光発光は励起１重項状態発光に蛍光発光に対して理論的に量子変換効率が４倍になるもので、投入電力エネルギーに対して発光光量を多く変換できることで発光効率が高く投射型表示装置の変調光源として電界発光素子を用いる場合には明るい表示を得やすくなるため、投射型表示装置の品質を高めるうえでも有効である。
次に本発明の実施形態であるマイクロプリズム２０が片面に埋め込み形成された光放射方向制御部５の構造について図５を用いて説明する。
【００１７】
マイクロプリズム２０は、ピラミッド形状をしており、ピラミッドの頂点が透明フィルム基材３５の厚み方向の最深部に位置する形で埋め込まれ、ピラミッドの底面がフィルム状部材片面にむき出した形で配設されており、底面の稜辺を接続するように２次元配列されている。図中の点列は、マイクロプリズムが以降連続的に配されることを示している。またマイクロプリズム２０は、透明フィルム基材３５の屈折率よりも高い屈折率を有する材料であって、ピラミッド形状の斜面の底面に対する角度は、電界発光素子の発光波長、電界発光膜の光放射側最外膜の屈折率、透明フィルム基材３５とマイクロプリズム２０の屈折率差、投影レンズ２の入射側ＮＡ等のパラメータによる設計に依存し、透明フィルム基材３５とマイクロプリズム２０の屈折率差が大きいほど、ピラミッド形状の斜面の角度は緩やか、即ち底面とのなす角度が鋭角に設計されることとなる。
【００１８】
また、この光放射方向制御部５の作成方法は、透明フィルム基材３５がガラスからなる場合には低融点ガラスを用いて、型成形によって形状を透明フィルム基材３５に形成し、高屈折率の有機ポリマー材料を溶剤に溶かした状態で、透明フィルム基材３５上にスピンコート法によってソルベントコートを行いマイクロプリズム２０を埋め込む、また溶剤が気化蒸発することによって表面が凸凹になる場合には、研削によって凸部分を除去して作成するものである。また、透明フィルム基材３５がプラスティック材料の場合には、ガラスを使用した場合と同様に、型成形によって形状を透明フィルム基材３５に形成し、高屈折率の有機ポリマー材料を溶剤に溶かした状態で、透明フィルム基材３５上にスピンコート法によってソルベントコートを行うが、プラスティック材料が融解することを防ぐ為に、溶剤とプラスティック材料のＳＰ値（ソラビリティーパラメータ値）ができるだけ異なるものを用いることが望ましい。例えば透明フィルム基材３５に用いられるプラスッチク材料としては、ポリフェニル系樹脂（ＳＰ値１０〜１１程度）が考えられ、マイクロプリズム２０にはポリビニル系樹脂（ＳＰ値９前後）をトルエン、アセトン（ＳＰ値９前後）などの溶媒に溶かしてソルベントコートすることによって界面の溶解を防ぐ事が可能である。
【００１９】
次に図６、図７を用いてマイクロプリズム２０を配した電界発光素子の構造を説明する。
【００２０】
図６はマイクロプリズム２０を配設したガラス基板１０に電界発光膜構造を形成した構造であって、製造プロセス的には、図６上部から下部へ成膜がなされるもので、マイクロプリズム２０を２次元埋め込み配列したガラス基板１０上に、誘電体の多層膜構造からなるブラッグ反射を起こすための誘電体多層反射ミラー１７、ＩＴＯからなる画像を変調するためのパターン（不図示）の画素行ごとに区分けされた、ホール注入のためのＩＴＯ透明薄膜電極１４、ホールを電界発光層３０に注入するためのホール輸送層１６、電子とホール形成された励起子を再結合することによって蛍光または燐光を放射する電界発光層３０、画像を変調するための画素列ごとに区分けされた、電子注入のための金属薄膜電極１５、外気中のガスから電界発光素子を保護するための保護層１８の順で膜が形成されているもので、電子とホールの荷電キャリアが電界発光層３０に注入されて生成された光は、マイクロプリズム２０の界面によって屈折を受け、図中の矢印のように部分的に光束が重なり合うように電界発光素子の外部に放射される。本図においては各膜構成がわかるように、膜厚を厚く記載しているが、誘電体多層反射ミラー１７から金属薄膜電極１５までの膜厚は１μｍ以下で、マイクロプリズムの大きさは、変調画素ピッチに依存し十μｍオーダの大きさとなっているため、電界発光層３０の各画素から放射した光がとなりの画素に対応するマイクロプリズム２０に入射する量は極微量となるもので、画素間の変調クロストークはほとんど生じることは無い構造となっている。
【００２１】
マイクロプリズム２０によって光束が重なった部分を重点的に投影レンズ２の瞳に入射させるよう設計することによって、投影レンズ２が捕える電界発光放射光の量が増し、投写型表示装置としてのスクリーン像投影照度を高め、明るい画像を表示することが実現することとなる。
【００２２】
次に、図７はシリコンＩＣチップ２５の上に電界発光膜構造を形成した素子の上に、マイクロプリズム２０を配設した透明フィルム基材３５を接合した構造である。製造プロセス的には、図７下部から上部へ成膜がなされるもので、シリコン基板３１上にロジック回路層３２が形成され、またその上に画像を変調するための画素ごとに区分けされた電子注入のための金属薄膜電極１５が組み込まれることによりシリコンＩＣチップ２５が形成されている。そして、シリコンＩＣチップ２５の上に電子とホールで励起子が形成され、再結合によって蛍光または燐光を放射する電界発光層３０、ホールを電界発光層に注入するためのホール輸送層１６、ＩＴＯからなるホール注入のためのＩＴＯ透明薄膜電極１４、誘電体の多層膜構造からなるブラッグ反射を起こすための誘電体多層反射ミラー１７、マイクロプリズム２０を２次元埋め込み配列した透明フィルム基材３５の順で膜が形成されているもので、電子とホールの荷電キャリアが電界発光層３０に注入されて生成された光は、マイクロプリズム２０の界面によって屈折を受け、図中の矢印のように部分的に光束が重なり合うように電界発光素子の外部に放射される。本図も図６と同様に各膜構成がわかるように、膜厚を厚く記載しているが、誘電体多層反射ミラー１７から金属薄膜電極１５までの膜厚は１μｍ以下で、マイクロプリズム２０の大きさは、変調画素ピッチに依存し十μｍオーダの大きさとなっているため、電界発光層３０の各画素から放射した光がとなりの画素に対応するマイクロプリズム２０に入射する量は極微量となるもので、画素間の変調クロストークはほとんど生じることは無い構造となっている。
【００２３】
マイクロプリズム２０によって光束が重なった部分を重点的に投影レンズ２の瞳に入射させるよう設計することによって、投影レンズ２が捕える電界発光放射光の量が増し、投写型表示装置としてのスクリーン像投影照度を高め、明るい画像を表示することが実現することとなる。
【００２４】
次に図８、図９を用いて個々のマイクロプリズム２０と電界発光画素の配置関係、大きさの関係について説明する。
【００２５】
図８は電界発光素子構成膜部３３の画素３４の２次元配列ピッチサイズとマイクロプリズム２０の底面の２次元配列ピッチサイズが同等となる場合の例で、図８に示すごとくマイクロプリズム２０の頂点配列位置と、各画素の配列重心または中心位置が配列面座標で合わさるように構成する。また。アライメン誤差に関しては、精度が高いほうが好ましいことは言うまでも無いが画素ピッチの１／５以下にアライメントすることが好ましい。電界発光素子は電極形状に依存する面発光画素となるため、マイクロプリズム２０による光放射指向性制御の効果は中心部分においては効果が高いが、画素３４の端部においてはマイクロプリズム２０に対して斜入射光束に比率が多くなるため光束の重なり効果が低くなってしまう。したがって、画素の外周部分を厳密にマイクロプリズムの底面に合わせる必要が無いため、画素ピッチの１／５以下の精度でアライメントすれば、光放射指向性制御の効果にほぼ変化は起こらないものである。
【００２６】
図９は電界発光素子構成膜部３３の画素３４の２次元配列ピッチサイズに対してマイクロプリズム２０の底面の２次元配列ピッチサイズが１／２となる場合の例で、図９に示すごとくマイクロプリズム２０を配した透明フィルム基材３５をアライメント無しで単純接合するものである。ここで、マイクロプリズム２０と画素３４は相対配列関係が製造固体においてランダムなものが作成されるが、画素３４の２次元配列ピッチサイズに対してマイクロプリズム２０の底面の２次元配列ピッチサイズが１／２の関係が維持されているため、隣り合う画素３４間の光のクロストークが生じるものであるが、半画素以上隔たったクロストークは生じることは無く、かつ画素面積に対して４個分のマイクロプリズム２０が必ず配されるため、面発光である電界発光素子においては、光放射指向性制御の効率は各画夫々に対して同等となり、画素ごとの輝度ばらつきといった問題が生じることは無く、かつ、アライメント接合する必要がなくなるため、単純ラミネートといった簡単な構成で接合することが可能となる。また、電界発光素子構成膜部３３の画素３４の２次元配列ピッチサイズに対してマイクロプリズム２０の底面の２次元配列ピッチサイズが１／Ｎ（Ｎは正の整数）でＮが大きいほど、隣り合う画素間のクロストーク量が少なくなるため、表示画像の細線コントラストを高くすることができる。マイクロプリズム２０の製造精度が向上によってＮの値を大きくすることができるようになるものである。
【００２７】
図１０はマイクロプリズム２０を配したマイクロプリズム付透明フィルム３８を電界発光素子３６に真空ラミネートする例で、通気口４１から不図示の真空ポンプによって１０トール以下程度に減圧した真空チャンバー４０内で、画素が構成された図７にて示したタイプの電界発光素子３６の配列変調画素領域３７の表面に、マイクロプリズム付透明フィルム３８を圧着ロール３９によって押しつけながらラミネートした後、通気口４１に大気を送り込み大気圧加圧を行って密着接合させるものである。密着後は大気圧によって、マイクロプリズム付透明フィルム３８は電界発光素子３６に押しつけられ、接触部の摩擦力で接着力を得ることができる。このとき貼り合わせ端部からの大気侵入による剥離を防ぐために、外周を封止材によって封止することもある。
【００２８】
またマイクロプリズム付透明フィルム３８を電界発光素子３６に貼りつける方法として、溶剤介在によっての相溶接着や、数ミクロン厚の接着剤層を介して接着してもかまわないが、前者の相溶による形状変化や膜構造へダメージ、後者の接着層膜厚による変調画素間のクロストークによる表示画質劣化に対しては注意を要するものである。
【００２９】
以上説明してきたように、マイクロプリズムを配した光放射指向性制御層を発光画素に近接するように配することで、図１１（ａ）に示すような従来構成における電界発光素子３６からの光放射指向特性５１ａによって投影レンズ２のレンズ開口瞳５０が捕えることができる光量に対して、図１１（ｂ）に示すようにマイクロプリズム付フィルム３８を配することで、電界発光素子３６から射出した光は光路を制御され光放射指向特性５１ｂのような指向性の向上が得られ、投影レンズ２のレンズ開口瞳５０が捕えることができる光量が向上して、投写型表示装置として、明るい画像表示ができるようになり、この放射光の有効活用により、電界発光素子の発光輝度を過剰に高める必要が少なくなり、電界発光素子の加熱を抑制し、有機薄膜の構造や特性が変化することを抑制して電界発光素子である有機ＥＬ素子の発光効率の低下を抑制して、長寿命化が達成されるものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、電界発光素子の膜構成の光放射側にピラミッド形状の５面体を屈折率境界として有するマイクロプリズム構造の２次元配列からなる光放射方向制御手段を接触配置することによって、電界発光素子からの放射光の指向性を向上させ、投影レンズの瞳で捕える光量の比率を高めることができるため、投射型表示装置としての投影像の明るさを向上させることができ、この効果により電界発光素子に発光輝度を過剰に高める必要が少なくなり、電界発光素子の加熱を抑制し、有機薄膜の構造や特性が変化することを抑制して電界発光素子である有機ＥＬ素子の発光効率の低下を抑制して、投射型表示装置としての表示画像の明るさと電界発光素子の発光効率の長寿命化が同時達成されるものである。
また、本発明は拡散性スクリーンに画像を投影して拡散光を認識する表示方法に用いることによって、直視した場合や、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ等、発光源から直接目に光が入射する系において、マイクロプリズムによる光放射方向の輝度分布が非連続的になることによる明るさのちらつきを発生させないことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る投写型表示装置を構成する主要な光学系の断面図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る投写型表示装置を構成する主要な光学系の断面図
【図３】本発明の第１の実施形態に用いる電界発光素子の要部の概略図（（ａ）、（ｂ））
【図４】本発明の第２の実施形態に用いる電界発光素子の要部の概略図（（ａ）、（ｂ））
【図５】マイクロプリズムを配した光放射方向制御手段の構造を示す図
【図６】マイクロプリズムを配設した電界発光素子の一つの実施形態の要部構造を示す図
【図７】マイクロプリズムを配設した電界発光素子の他の実施形態の要部構造を示す図
【図８】マイクロプリズムと電界発光素子の変調画素の一つの配置関係を示す図
【図９】マイクロプリズムと電界発光素子の変調画素の他の配置関係を示す図
【図１０】マイクロプリズムが配されたフィルムと電界発光画素が配された電界発光素子を接着する一つの方法を示す図
【図１１】マイクロプリズムの配設によっての投写スクリーン照度の向上を説明する図（（ａ）、（ｂ））
【符号の説明】
１　電界発光素子
１Ｒ　レッド色を発光する電界発光素子
１Ｇ　グリーン色を発光する電界発光素子
１Ｂ　ブルー色を発光する電界発光素子
２　投影レンズ
３　スクリーン
４　コントローラ
５　光放射方向制御部
６　合波プリズム
６Ｒ　レッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜
６Ｂ　ブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜
１０　ガラス基板
１１　レッド光を発光する電界発光材料
１２　グリーン光を発光する電界発光材料
１３　ブルー光を発光する電界発光材料
１４　ＩＴＯ透明薄膜電極
１５　金属薄膜電極
１６　ホール輸送層
１７　誘電体多層反射ミラー
１８　保護層
２０　マイクロプリズム
２５　シリコンＩＣチップ
３０　電界発光層
３１　シリコン基板
３２　ロジック回路層
３３　電界発光素子構成膜部
３４　画素
３５　透明フィルム基材
３６　電界発光素子
３７　配列変調画素領域
３８　マイクロプリズム付透明フィルム
３９　圧着ロール
４０　真空チャンバー
４１　通気口
５０　レンズ開口瞳
５１ａ　光放射指向特性
５１ｂ　光放射指向特性[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device. In particular, the present invention relates to a display device that enlarges and projects an element that emits an image pattern onto a projection target, that is, a projector display device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a projector-type display normally uses a liquid crystal panel or a micromirror device as a light modulation element for switching, controls transmission and blocking or deflection of light, and projects a selected light pattern on a screen. Display an image on the screen.
However, in the display as described above, since the liquid crystal panel and the micromirror device are used as the light modulation element, the light in the cut-off state must be absorbed as unnecessary energy by the polarization element or the light absorbing medium and eliminated. It is a premise. In addition, in the case of liquid crystal, unnecessary illumination light must be present due to light transmittance, aperture efficiency of each pixel, and polarization control accuracy. In a micromirror device, aperture efficiency of each pixel and projection by oblique incident illumination This is based on the fundamental premise that it is difficult to effectively use the pupil of the axially symmetric optical system with respect to the numerical aperture of the lens and the numerical aperture of the illumination system. Therefore, in order to brighten a displayed image, a metal halide or a high-pressure mercury lamp is used as a light source. However, a point that a high voltage must be used as a light source voltage and a problem that a light source generates high heat arises separately. ing.
[0003]
Means for fundamentally solving such low energy use efficiency are disclosed in JP-A-11-67448 (Toyota Central Research Institute, Inc.) and JP-A-2000-66301 (Seiko Epson Corporation). Proposed. In the above two cases, as a light emitting panel (hereinafter, referred to as an organic EL panel) in which organic electroluminescent elements (hereinafter, referred to as organic EL elements) are arranged in a matrix, each organic EL element of the light emitting panel is based on video information. It has been proposed to drive and emit light to project and display on a display object by a projection optical system. Since the organic EL element is a self-luminous element, another illumination light source is unnecessary, and since the organic EL panel emits light in accordance with video information, a transmissive liquid crystal panel or the like is unnecessary, and thus the The obtained light can be effectively used for display. This makes it possible to easily obtain a high-brightness display at low power without generating unnecessary light energy, and to output an image only with the organic EL panel. The effect that it is easy to reduce the size and weight of the device can be expected.
[0004]
However, when the organic EL element emits light continuously with high luminance, the luminance is significantly reduced. There are various causes for this, and various countermeasures and studies have been made. At this stage, however, no fundamental countermeasures have been found yet, and one of the main causes is the use of organic EL devices. Heat is generated by the current supplied to drive, the heat is accumulated, the temperature of the device rises, and the luminous efficiency is reduced due to the change in the structure and characteristics of the organic thin film. Have sexual problems. At present, such a problem in durability must be dealt with by a method of suppressing the deterioration rate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in an organic electroluminescent element, it is possible to realize high luminance, but an organic layer using an organic material that is currently being developed has an insufficient stability, so that a more stable material is used. It is desired to improve the durability by development and improvement of the structure and driving method. However, when used as an image modulation light source of a projection display device, it is not necessary to widen the viewing angle characteristics so that the electroluminescent element can be directly viewed from all directions, and all isotropic radiation from the electroluminescent element is required. Therefore, it is necessary to increase the amount of light that is captured by the projection lens and projected on a diffusible object such as a screen. It is possible to reduce the ratio. As a result, the amount of charge carriers injected into the organic electroluminescent device can be reduced by adopting a configuration in which the amount of light emitted from the organic electroluminescent device can be reduced. It is an object of the present invention to suppress changes in the structure and characteristics of the device and to reduce the rate of decrease in luminous efficiency.
[0006]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-277266 (Toyota Central Research Laboratories) discloses a case where an organic electroluminescent element is used as a uniform illumination light source. In order to improve the directivity of light emission, an embodiment in which the spread of the directivity of light emission is suppressed by a prism layer called a condensing layer is disclosed, but an organic electroluminescent element is used as an image modulation light source. When used, the pixels constituting the image, if the relative arrangement relationship of the prism does not correspond, the problem that the directivity of light emission is not aligned in a certain direction, if the distance between the light emitting layer and the prism is large, Although there is no problem as an illuminating device, as an image-modulated light emitting source device, optical crosstalk between pixels occurs, and image display becomes a multiplex image or a problem that contrast is lowered occurs. In addition, when used as a direct-view image modulation light source, that is, in a system in which light is directly incident on the eye from the light source, such as a direct-view display, a head-up display, and a head-mounted display, the luminance in the light emission direction by the microprism is A problem arises in that the brightness becomes flickering due to the discontinuous distribution, resulting in a glaring image display.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed to an electroluminescent (EL) light-emitting element in which excitons are formed by injecting charge carriers into a light-emitting layer, and two-dimensionally arranged modulation pixels that generate and emit light by recombination of the excitons. The light-emitting layer has a film configuration based on a structure sandwiched from both sides by one or more charge carrier transfer layers for supplying electrons and holes to the light-emitting layer, and has a pyramid shape on the light emission side of the film configuration. The directivity of the light emitted from the electroluminescent element is improved by arranging the light emission direction control means having a two-dimensional array of a microprism structure having a pentahedron as a refractive index boundary, and the light quantity captured by the pupil of the projection lens , The brightness of the projected image as the projection display device can be improved, and this effect allows the electroluminescent element to emit light. It is unnecessary to increase the temperature excessively, the heating of the electroluminescent element is suppressed, the structure and characteristics of the organic thin film are prevented from changing, and the decrease in the luminous efficiency of the organic EL element which is the electroluminescent element is suppressed. This achieves the above object.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a projection display device of the present invention will be described with reference to the drawings.
A first embodiment of the projection display device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view of a main optical system constituting the projection display device.
[0009]
Reference numeral 1 denotes an electroluminescent element that emits light as image information as light emission pattern information. Reference numeral 10 denotes a glass substrate holding an electroluminescent film structure. On the electroluminescent film side of the glass substrate 10, there is provided a light emission direction control unit 5 configured by two-dimensionally arranging a microprism structure as light emission direction control means. The electroluminescent device 1 emits light based on an electric signal from a controller 4 that electrically controls the electroluminescent device 1 in accordance with an image signal, and the emitted light is captured by a projection lens 2 and projected on a screen 3. Is done. The screen 3 has a light diffusion characteristic on its surface, and has a configuration in which an image is recognized by looking at light diffusely reflected. The configuration of the electroluminescent device 1 used here will be described later.
[0010]
Next, a second embodiment of the projection display apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view of a main optical system constituting the projection display device.
[0011]
Reference numerals 1R, 1G, and 1B denote electroluminescent elements that emit light of colors that control three primary colors of red, green, and blue, respectively. Reference numeral 10 denotes a glass substrate holding an electroluminescent film structure. On the electroluminescent film side of the glass substrate 10, there is provided a light emission direction control unit 5 configured by two-dimensionally arranging a microprism structure as light emission direction control means. Each of the electroluminescent elements (1R, 1G,..., 1R, 1G, 1B) emits light of the color in charge. The light emitted from the electroluminescent element 1 is color-combined by the multiplexing prism 6, and the multiplexing prism 6 reflects a red color and transmits a green color and a blue color. The red reflecting dichroic wavelength band separation film 6R. And a blue dichroic wavelength band separation film 6B for reflecting blue light and transmitting green and red colors is generally called a cross dichroic prism, and therefore is not affected by the green color. It has the property of transmitting light through. By using the multiplexing prism 6, light emitted from the electroluminescent element 1R responsible for emitting red image information is deflected in the direction of the projection lens 2 by the red reflecting dichroic wavelength band separation film 6R, and the blue color is emitted. Light emitted from the electroluminescent device 1B responsible for image information emission is deflected by the blue reflection dichroic wavelength band separation film 6B toward the projection lens 2 and emitted from the electroluminescent device 1G responsible for green image information emission. The light travels in the direction of the projection lens 2 without being subjected to the deflecting action. However, it is needless to mention that a plurality of pixels arranged in each of the electroluminescent elements 1R, 1G, and 1B are adjusted or mechanically or electrically compensated so that the respective predetermined pixels overlap with relatively predetermined accuracy. Absent. In addition, the multiplexing prism 6 may use a multiplexing means using a 3P prism, which is often used in a video receiving color separation optical system, in addition to the cross dichroic prism shown in the figure. Next, the light modulated as the combined color is captured by the projection lens 2 and projected on the screen 3. The screen 3 has a light diffusion characteristic on its surface, and has a configuration in which an image is recognized by looking at light diffusely reflected. The configuration of the electroluminescent elements 1R, 1G, and 1B used here will be described later.
[0012]
On the other hand, as a projection display device, the screen 3 may be a reflection type or a transmission type, and if it has a predetermined diffusivity, it functions as a display device that directly looks at the screen 3 and recognizes an image. Things.
Next, the structure of the electroluminescent device 1 used in the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3B, the basic structure of the electroluminescent device 1 is based on a transparent glass substrate 10 in which a micro prism 20 for improving directivity to a pupil is embedded in one side of a projection lens 2. As a material, an electroluminescent material (11, 12, 13) (a detailed structure of a microprism will be described later) is sandwiched between an ITO (indium tin oxide) transparent thin-film electrode 14 and a metal thin-film electrode 15. In order to efficiently inject hole carriers into the material (11, 12, 13), the hole transport layer 16 is disposed between the ITO transparent thin film electrode 14 and the thin film electroluminescent material layer (11, 12, 13). is there. Holes are injected into the electroluminescent material (11, 12, 13) from the ITO transparent thin-film electrode 14 via the hole transport layer 16 and electrons are injected from the metal thin-film electrode 15 to obtain the electroluminescent material (11, 12, 13). The holes and the electrons injected therein are recombined with each other to emit light. Further, as one means for improving the ratio of capturing the emitted light by the projection lens 2 and the photoelectric conversion efficiency of external light emission, a dielectric multilayer reflective mirror layer 17 is provided outside the ITO transparent thin-film electrode 14, An optical resonance structure is formed by the light reflecting surface of the thin-film electrode 15 so that the light emission direction is given a directivity in the vertical direction of the glass substrate 10 by resonance even if the state does not reach the state where the stimulated radiation action occurs. ing. The above is the basic structure of the electroluminescent device 1. Each luminescent pixel is constituted by a wiring matrix arrangement of the ITO transparent thin film electrode 14 and the metal thin film electrode 15, and the luminescent layer emits light by triplet state excitons. Certain phosphorescent materials are provided as light emitters. The emission colors such as red, green, and blue are determined by the different molecular structure of the iridium complex and the derivative material for transporting charge carriers, and the phosphorescent emitter, which is an electroluminescent material disposed in the electroluminescent layer, is responsible for each color. As shown in FIG. 4A, the electroluminescent material is arranged such that 11 electroluminescent materials emitting red light, 12 electroluminescent materials emitting green light, and 13 electroluminescent materials emitting blue light. This realizes the electroluminescent device 1 expressing full color. On the other hand, the patterning of the electroluminescent material (11, 12, 13) is generally performed by coating an organic luminescent material on a substrate by vapor deposition, that is, for forming the electroluminescent device 1 having three primary color luminescent pixels. Although the manufacturing process is multi-step, the unnecessary portions are masked for each color by resist patterning, and the three primary color electroluminescent materials (11, 12, 13) are sequentially coated by a lift-off method. Can be arranged in a pattern.
[0013]
The structure of the electroluminescent elements 1R, 1G, and 1B used in the second embodiment is the same as that described in the first embodiment as shown in FIG. 12 and 13) are omitted, and the electroluminescent element 1R for emitting red color is provided with an electroluminescent material 11 for emitting red color, and the electroluminescent element for emitting green color. 1G has an electroluminescent material 12 that emits green light, and an electroluminescent element 1B that emits blue light has an electroluminescent material 13 that emits blue light.
[0014]
The luminescent material used in the electroluminescent material (11, 12, 13) of the above embodiment uses an iridium complex, and the emission wavelength is determined by the potential energy of a molecule in which a complex group of the complex structure is partially substituted or a molecule in which a terminal atom is substituted. Improve exciton generation efficiency by forming a double heteropotential structure using an iridium complex species with a changed gap and an electron transport layer also serving as a hole blocking layer and a hole transport layer serving also as an electron blocking layer A film configuration may be employed.
[0015]
The phosphorescent material used here has a time of at most 1 millisecond or less from the start of light emission after charge carrier pulse injection to the decay to a half-reduced luminescence amount at the latest, and the phosphorescent material using the iridium complex emits light. Although the emission delay decay time varies depending on the film thickness of the layer, when the film thickness of the light emitting layer is set to about 30 nm, the phosphorescent light is emitted with a half-emission decay time of 10 microseconds or less. Here, if a phosphorescent light emitting material or a device configuration in which half-emission decay time of phosphorescence is extremely longer than 1 ms and exceeds 10 ms and a light emission delay occurs is used, it takes several tens ms for quenching. In the case of displaying a moving image due to being visually recognized as an afterimage, there occurs a problem that a tailing phenomenon of an operation occurs. Therefore, it is necessary to adopt a phosphorescent material or element configuration in which the half-life decay time of phosphorescence is preferably shorter than 1 millisecond.
[0016]
On the other hand, the phosphorescence emitted from the excited triplet state theoretically has a quantum conversion efficiency four times higher than that of the fluorescence emission to the excited singlet state emission, and the amount of emitted light is converted to a large amount with respect to the input power energy. When an electroluminescent element is used as a modulation light source of the projection display device because of its high luminous efficiency, a bright display can be easily obtained, which is effective in improving the quality of the projection display device.
Next, the structure of the light emission direction control unit 5 in which the microprism 20 according to the embodiment of the present invention is embedded on one surface will be described with reference to FIG.
[0017]
The microprism 20 has a pyramid shape, is embedded such that the apex of the pyramid is located at the deepest portion in the thickness direction of the transparent film base material 35, and is disposed with the bottom surface of the pyramid exposed on one surface of the film-like member. And are two-dimensionally arranged so as to connect the edges of the bottom surface. The dot sequence in the figure indicates that the microprisms are continuously arranged thereafter. The microprism 20 is made of a material having a refractive index higher than the refractive index of the transparent film substrate 35. The angle of the pyramid-shaped inclined surface with respect to the bottom surface depends on the emission wavelength of the electroluminescent element and the light emission side of the electroluminescent film. The refractive index difference between the transparent film base material 35 and the micro prism 20 depends on the design based on parameters such as the refractive index of the outermost film, the refractive index difference between the transparent film base material 35 and the micro prism 20, and the incident side NA of the projection lens 2. Is larger, the angle of the pyramid-shaped slope is designed to be gentler, that is, the angle formed with the bottom surface is designed to be an acute angle.
[0018]
When the transparent film base 35 is made of glass, a low melting glass is used to form the shape on the transparent film base 35 by molding, and the light emitting direction control unit 5 is formed with a high refractive index. In a state in which the organic polymer material is dissolved in a solvent, solvent coating is performed by a spin coating method on the transparent film base material 35 to embed the microprisms 20, and when the surface becomes uneven due to evaporation and evaporation of the solvent, It is formed by removing a convex portion by grinding. When the transparent film substrate 35 was made of a plastic material, the shape was formed on the transparent film substrate 35 by molding, as in the case of using glass, and the organic polymer material having a high refractive index was dissolved in a solvent. In this state, solvent coating is performed on the transparent film substrate 35 by a spin coating method. In order to prevent the plastic material from melting, a solvent and a plastic material having different SP values (solarability parameter values) are used as much as possible. It is desirable. For example, as a plastic material used for the transparent film substrate 35, a polyphenyl resin (an SP value of about 10 to 11) is considered, and a polyvinyl resin (an SP value of about 9) is used for the microprism 20 with toluene, acetone (SP). By dissolving in a solvent having a value of about 9) and solvent-coating, it is possible to prevent dissolution of the interface.
[0019]
Next, the structure of the electroluminescent device provided with the microprisms 20 will be described with reference to FIGS.
[0020]
FIG. 6 shows a structure in which an electroluminescent film structure is formed on the glass substrate 10 on which the microprisms 20 are provided. In terms of a manufacturing process, the film is formed from the upper part to the lower part in FIG. A dielectric multilayer reflection mirror 17 for causing Bragg reflection composed of a dielectric multilayer structure on a glass substrate 10 having a two-dimensional buried array, a pixel row of a pattern (not shown) for modulating an image composed of ITO for each pixel row The ITO transparent thin film electrode 14 for injecting holes, the hole transport layer 16 for injecting holes into the electroluminescent layer 30, and the recombination of electrons and excitons formed with holes to generate fluorescence or phosphorescence. Electroluminescent layer 30 for emitting light, metal thin film electrode 15 for electron injection, divided for each pixel column for modulating an image, electroluminescence from gas in the outside air A film is formed in the order of the protective layer 18 for protecting the electron. The light generated by injecting the charge carriers of electrons and holes into the electroluminescent layer 30 is refracted by the interface of the microprism 20. The light is then emitted to the outside of the electroluminescent device so that the light beams partially overlap as indicated by the arrows in the figure. In this figure, the film thickness is shown thick so that each film configuration can be understood. However, the film thickness from the dielectric multilayer reflecting mirror 17 to the metal thin film electrode 15 is 1 μm or less, and the size of the micro prism is modulated. Since the size depends on the pixel pitch and is on the order of 10 μm, the amount of light emitted from each pixel of the electroluminescent layer 30 incident on the microprism 20 corresponding to the next pixel is extremely small. The modulation crosstalk between them hardly occurs.
[0021]
By designing the portion where the light beams are overlapped by the microprism 20 to be focused on the pupil of the projection lens 2, the amount of the electroluminescent radiation captured by the projection lens 2 increases, and the screen image projection as a projection display device is performed. It is possible to increase the illuminance and display a bright image.
[0022]
Next, FIG. 7 shows a structure in which a transparent film base 35 on which the microprisms 20 are arranged is joined to an element having an electroluminescent film structure formed on a silicon IC chip 25. In terms of the manufacturing process, the film is formed from the lower part to the upper part in FIG. 7, a logic circuit layer 32 is formed on a silicon substrate 31, and an electron divided on a pixel basis for modulating an image is formed thereon. The silicon IC chip 25 is formed by incorporating the metal thin film electrode 15 for injection. Then, an exciton is formed by electrons and holes on the silicon IC chip 25, the electroluminescent layer 30 emitting fluorescence or phosphorescence by recombination, the hole transport layer 16 for injecting holes into the electroluminescent layer, and the ITO. A transparent thin-film electrode 14 for injecting holes, a dielectric multilayer reflection mirror 17 for causing Bragg reflection composed of a dielectric multilayer structure, and a transparent film substrate 35 in which microprisms 20 are two-dimensionally embedded and arranged. The light generated by the injection of the charge carriers of electrons and holes into the electroluminescent layer 30 is refracted by the interface of the microprism 20 and partially formed as indicated by an arrow in the drawing. Light beams are emitted outside the electroluminescent element so as to overlap. This figure also shows the film thickness thickly so that each film configuration can be understood similarly to FIG. 6, but the film thickness from the dielectric multilayer reflecting mirror 17 to the metal thin film electrode 15 is 1 μm or less, and the micro prism 20 Since the size depends on the modulation pixel pitch and is on the order of 10 μm, the amount of light emitted from each pixel of the electroluminescent layer 30 incident on the microprism 20 corresponding to the next pixel is extremely small. The modulation crosstalk between the pixels hardly occurs.
[0023]
By designing the portion where the light beams are overlapped by the microprism 20 to be focused on the pupil of the projection lens 2, the amount of the electroluminescent radiation captured by the projection lens 2 increases, and the screen image projection as a projection display device is performed. It is possible to increase the illuminance and display a bright image.
[0024]
Next, an arrangement relationship and a size relationship between the individual microprisms 20 and the electroluminescent pixels will be described with reference to FIGS.
[0025]
FIG. 8 shows an example in which the two-dimensional array pitch size of the pixels 34 of the electroluminescent element constituting film portion 33 is equal to the two-dimensional array pitch size of the bottom surface of the microprism 20. As shown in FIG. The arrangement position and the arrangement center of gravity or the center position of each pixel are configured so as to match in arrangement plane coordinates. Also. Regarding the alignment error, it is needless to say that the higher the accuracy, the better. However, it is preferable that the alignment be performed at 1/5 or less of the pixel pitch. Since the electroluminescent element is a surface-emitting pixel depending on the electrode shape, the effect of controlling the light radiation directivity by the microprism 20 is high at the center portion, but at the edge of the pixel 34, Since the ratio to the obliquely incident light beam is increased, the effect of overlapping the light beams is reduced. Therefore, since it is not necessary to strictly adjust the outer peripheral portion of the pixel to the bottom surface of the microprism, if the alignment is performed with an accuracy of 1/5 or less of the pixel pitch, the effect of the light radiation directivity control hardly changes. .
[0026]
FIG. 9 shows an example in which the two-dimensional array pitch size of the bottom surface of the microprism 20 is に対して of the two-dimensional array pitch size of the pixels 34 of the electroluminescent element constituting film portion 33. As shown in FIG. The transparent film substrate 35 on which the prism 20 is arranged is simply joined without alignment. Here, the microprisms 20 and the pixels 34 are randomly formed in a manufacturing solid with a relative arrangement relationship. However, the two-dimensional arrangement pitch size of the bottom surface of the microprism 20 is 1 to the two-dimensional arrangement pitch size of the pixels 34. Since the relationship of / 2 is maintained, crosstalk of light between adjacent pixels 34 occurs. However, crosstalk separated by half a pixel or more does not occur, and four pixels correspond to the pixel area. Since the microprisms 20 are always arranged, the efficiency of the light emission directivity control is equal for each image in the electroluminescent device which is a surface light emitting device, and there is no problem such as variation in luminance among pixels. In addition, since it is not necessary to perform alignment bonding, bonding can be performed with a simple configuration such as a simple laminate. Further, the two-dimensional array pitch size of the bottom surface of the microprism 20 is 1 / N (N is a positive integer) with respect to the two-dimensional array pitch size of the pixels 34 of the electroluminescent element constituting film portion 33, and the larger the N, the more adjacent the pitch becomes. Since the amount of crosstalk between matching pixels is reduced, the fine line contrast of the displayed image can be increased. The value of N can be increased by improving the manufacturing accuracy of the microprism 20.
[0027]
FIG. 10 shows an example in which a transparent film 38 with microprisms provided with the microprisms 20 is vacuum-laminated on the electroluminescent element 36. In a vacuum chamber 40, the pressure is reduced to about 10 Torr or less from a vent 41 by a vacuum pump (not shown). After laminating the surface of the array-modulated pixel area 37 of the electroluminescent element 36 of the type shown in FIG. This is a method in which a pressure is applied under atmospheric pressure to perform close contact bonding. After the close contact, the transparent film 38 with microprisms is pressed against the electroluminescent element 36 by the atmospheric pressure, and the adhesive force can be obtained by the frictional force of the contact portion. At this time, the outer periphery may be sealed with a sealing material in order to prevent peeling due to air intrusion from the bonding end.
[0028]
As a method of attaching the transparent film 38 with the microprism to the electroluminescent element 36, a phase welding with a solvent or an adhesive layer having a thickness of several microns may be used. Attention should be paid to the change in shape, damage to the film structure, and degradation in display image quality due to crosstalk between modulated pixels due to the latter adhesive layer thickness.
[0029]
As described above, by arranging the light radiation directivity control layer provided with the microprisms close to the light emitting pixels, the light from the electroluminescent element 36 in the conventional configuration as shown in FIG. With respect to the amount of light that can be captured by the lens aperture pupil 50 of the projection lens 2 by the radiation directivity characteristics 51a, the film 38 with microprisms is disposed as shown in FIG. The light path is controlled to improve the directivity such as the light radiation directivity characteristic 51b, and the amount of light that can be captured by the lens aperture pupil 50 of the projection lens 2 is improved. The effective use of this radiation reduces the need to excessively increase the emission brightness of the electroluminescent device, suppresses the heating of the electroluminescent device, and reduces the organic thin film. By suppressing the decrease in luminous efficiency of the organic EL device is electroluminescent device to prevent the structure and characteristics are changed, in which long life is achieved.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, the light emission direction control means composed of a two-dimensional array of a microprism structure having a pyramid-shaped pentahedron as a refractive index boundary is disposed in contact with the light emission side of the film configuration of the electroluminescent element, thereby providing an electric field. Since the directivity of the light emitted from the light emitting element can be improved and the ratio of the amount of light captured by the pupil of the projection lens can be increased, the brightness of the projected image as a projection display device can be improved. The necessity of excessively increasing the emission luminance of the electroluminescent device is reduced, the heating of the electroluminescent device is suppressed, and the structure and characteristics of the organic thin film are prevented from being changed. By suppressing the reduction, the brightness of the display image as the projection display device and the long life of the luminous efficiency of the electroluminescent element are simultaneously achieved.
In addition, the present invention is used in a display method of recognizing diffused light by projecting an image on a diffusive screen, so that light is directly incident on an eye from a light emitting source, such as when viewed directly, a head-up display, or a head-mounted display. In the system, there is an effect that it is possible to prevent flicker of brightness due to discontinuity of the luminance distribution in the light emission direction by the microprism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main optical system constituting a projection display apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main optical system constituting a projection display apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a main part of an electroluminescent device used in the first embodiment of the present invention ((a), (b)).
FIG. 4 is a schematic view ((a), (b)) of a main part of an electroluminescent device used in a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a light radiation direction control unit provided with a microprism.
FIG. 6 is a diagram showing a main part structure of one embodiment of an electroluminescent element provided with a microprism.
FIG. 7 is a diagram showing a main structure of another embodiment of an electroluminescent element provided with a microprism.
FIG. 8 is a diagram showing an arrangement relationship between a microprism and a modulation pixel of an electroluminescent element.
FIG. 9 is a diagram showing another arrangement relationship between a microprism and a modulation pixel of an electroluminescent element.
FIG. 10 is a diagram showing one method of bonding a film on which microprisms are arranged and an electroluminescent element on which electroluminescent pixels are arranged.
FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating an improvement in projection screen illuminance by disposing a microprism ((a) and (b)).
[Explanation of symbols]
1 Electroluminescent device
1R Electroluminescent device that emits red light
Electroluminescent device that emits 1G green color
1B Electroluminescent device that emits blue light
2 Projection lens
3 screen
4 Controller
5 Light emission direction control unit
6 Combining prism
6R dichroic wavelength band separation film for red reflection
6B Dichroic wavelength band separation film for blue reflection
10 Glass substrate
11 Electroluminescent material that emits red light
12. Electroluminescent material that emits green light
13 Electroluminescent materials that emit blue light
14 ITO transparent thin film electrode
15 Metal thin film electrode
16 Hole transport layer
17 Dielectric multilayer reflection mirror
18 Protective layer
20 micro prism
25 Silicon IC chip
30 electroluminescent layer
31 Silicon substrate
32 Logic circuit layer
33 Electroluminescent element constituent film
34 pixels
35 Transparent film substrate
36 EL device
37 Array modulation pixel area
38 Transparent film with micro prism
39 Crimping roll
40 vacuum chamber
41 Vent
50 lens aperture pupil
51a Light radiation directivity
51b Light radiation directivity

Claims

An electroluminescent device having a plurality of individually modulatable pixels, and a projection display device that displays an image by projecting light emitted from each modulated pixel in the electroluminescent device onto an object by a projection lens, The electroluminescent device is an EL (electro-luminescence) light-emitting device in which excitons are formed by injecting charge carriers into a light-emitting layer, and modulated pixels that generate and emit light by recombination of the excitons are two-dimensionally arranged. The layer has a film structure based on a structure sandwiched between both layers by one or more charge carrier transfer layers for supplying electrons and holes to the light-emitting layer. A projection display device comprising: a light emitting direction control unit having a two-dimensional array of a microprism structure having a plane body as a refractive index boundary and being arranged in contact therewith.

2. The projection display device according to claim 1, wherein the electroluminescent element is configured by a repetitive matrix arrangement of light-emitting pixels of three primary colors and displays an additive color mixture image.

Each of the electroluminescent elements is an element that emits three primary colors. After multiplexing light emitted from the three electroluminescent elements by a multiplexing means such as a prism having a dichroic wavelength band separation film disposed on a predetermined surface, 2. The projection type display device according to claim 1, wherein an additive color mixture image is displayed by projecting the image onto an object by a projection lens.

The light emission direction control means has a structure in which a transparent material having a refractive index higher than the refractive index of this substrate is buried in a pyramid shape on a surface of a transparent glass or a transparent plastic substrate forming a film structure of the electroluminescent element. The projection type display device according to claim 1, wherein:

The light emission direction control means is provided on a light emission side surface layer in which a film structure of an electroluminescent element is formed on a surface of a logic circuit substrate such as silicon, and on one surface of a base film made of transparent glass or transparent plastic, a refractive index of the base material. 2. The projection display device according to claim 1, wherein a microprism embedded film having a structure in which a transparent material having a higher refractive index is embedded in a pyramid shape is formed by contact bonding.

The micro prism embedded film is attached to the light emitting surface layer of the electroluminescent element by vacuum lamination, by phase welding with a solvent interposed therebetween, or by adhesion through a curable thin film adhesive layer. Item 6. The projection display device according to Item 5.

The arrangement pitch of one pyramid-shaped microprism-shaped unit is 1 / N (N is a positive integer) of the pitch of each pixel arranged in an image modulation display panel formed of an electroluminescent element. The projection display device according to claim 1.

In the display surface coordinates of the image modulation display panel, the arrangement pitch of the shape unit of one pyramid-shaped microprism is equal to the pitch of each pixel arranged in the image modulation display panel, and the vertex position of the pyramid shape and the pixel 8. The projection type display device according to claim 7, wherein the alignment is performed so that the area center of gravity of the light emitting region coincides with the accuracy of 1/5 or less of the pixel pitch.

The arrangement pitch of the shape unit of one pyramid-shaped microprism is 1 / N of the pitch of each pixel arranged in the image modulation display panel, and the microprism embedded film is arranged in the image modulation display panel. 8. The projection display device according to claim 7, wherein the projection type display device is attached without being aligned with the positions of the respective pixels.

10. The projection display apparatus according to claim 1, wherein the projection image is projected on a screen and can be recognized by diffuse reflection light having a predetermined directivity.

10. The projection display device according to claim 1, wherein the projection image is projected on a screen and can be recognized by diffuse transmission light having a predetermined directivity.